教材N3-核安全设备焊接基本知识

第三章核安全设备焊接基本知识

第一节核安全设备焊接活动

核安全设备是核电厂安全屏障的主要组成部分。其中，核安全机械设备主要包括反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、主管道和其他核级容器、管道、泵、阀门等，这些设备中大部分设备是由不同部件经焊接而成，这些部件和焊接接头大都是压力边界的组成部分，这些焊接接头的焊接质量直接影响反应堆冷却剂系统的完整性和运行的可靠性，一旦出现破裂将可能带来严重的放射性释放后果。

一、焊接活动的特点

随着现代工业的高速发展和焊接技术的不断进步，焊接作为一种金属连接的工艺方法，在金属结构生产中得到了广泛的应用。与其他连接方法相比，焊接连接技术具有许多突出的优点。同时与其他工艺技术一样，焊接技术也有其自身的薄弱环节。

1、焊接质量好－先进的焊接工艺方法可以确保获得优质的焊接接头，现代的检验手段可以使焊接接头的质量得到保证；

2、生产效率高－焊接接头所占空间小，金属材料利用率高，焊接生产制造成本低，生产制造效率高；焊接可适应不同位置、不同结构、不同金属材料的连接，施工操作相对简便，易实现机械化和自动化；

3、刚度大、整体性好－焊接连接是一种金属原子间的连接，其承载能力强－可以承受静载荷也可以承受动载荷，特别是全焊透的熔焊接头，也能较好地承受各向产生疲劳应力的载荷，使用寿命长久。

4、焊接过程金属材料的性能变化剧烈而复杂，容易产生缺陷－焊接过程中母材、焊材和焊剂熔化、混合再凝固；温度在短时间从低到高再到低，最终焊接接头的性能不易把握。

二、民用核安全设备焊接重要性和特殊性

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现代焊接技术已使焊接接头的性能接近母材的性能，但焊接作为一种特种工艺，其质量特别依赖于采用的焊接工艺、焊工的技术水平和工艺过程的控制。

在以往的核安全设备制造安装活动中，曾发生过多起因设备焊接质量问题而导致的重大事件，对核设施的安全稳定运行构成一定的风险。

如某压水堆核电厂反应堆压力容器在制造过程中由于焊材采购、验收及焊接工艺评定不充分等问题致使接管安全端焊缝存在超标缺陷；后又由于焊工违反工艺纪律违规进行挖补等原因，缺陷在制造厂没有彻底处理，致使在役前检查时仍发现超标缺陷。为处理该不符合项，从监督审评、考察承包商、制订返修方案、签订合同到完成全部补焊工作共用了三个多月的时间，经济损失达几百万元，该厂也被吊销了制造许可证。

又如：某制造厂的安全壳喷淋热交换器筒体与管板环焊缝存在严重未焊透缺陷；某阀门公司在核级阀门制造活动中由于没有严格按照要求对制造活动进行控制，使用无证焊工从事核级阀门的焊接，导致出现阀门质量不合格事件，不得已将所有已安装的阀门切割下来，重新返回制造厂进行修复，造成一定的经济损失。

上述事例都是由于焊接过程控制不力造成的，除造成一定的经济损失，还使人们对核安全设备国产化的质量产生疑虑。由此可见，焊接在民用核安全设备制造中具有重要作用。

鉴于焊接在民用核安全设备制造中具有的重要作用,焊接作为一种特种工艺,其在民用核安全设备制造安装活动中的特殊性主要表现在以下几方面：焊接设计控制：反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、主管道等核岛主设备，由于长期处于高温、高压和强辐照环境下运行，要求其制造用原材料包括焊接材料具有较高的塑性和韧性、良好的焊接性及抗辐照和耐腐蚀等性能。对于焊接的结构和强度设计，应遵循核安全设备所用规X的要求。

焊接人员资质：从事民用核安全设备制造安装活动的焊工和焊接操作工必须按照《民用核安全设备焊工焊接操作工资格管理规定》取得相应资质。

焊接工艺控制：民用核安全设备制造安装单位应具有相应的程序或细则用于焊接工艺评定、焊接工艺规程和检验规程的编制和批准,并指导焊工的焊接操作和检验人员的检验。核安全设备焊接工艺评定需评定的项目比常规压力容器的评

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定项目多，如：法国RCC-M对于反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器等主焊缝的焊接工艺评定要求进行高温力学性能和冲击试验等；对于不锈钢设备要求进行晶间腐蚀和δ铁素体的测定等。

焊接过程控制：要求焊工在操作过程中严格执行焊接工艺规程，尤其是采用机械化焊接时，要克服麻痹思想，认真操作，加强自检，直至焊接完成。在焊接过程中,焊工和质检人员应作好焊接参数记录工作。

焊接质量检验：民用核安全设备焊接质量检验按不同阶段分类可以分为：入厂检验、工序检验、成品检验等。对于壁厚较大设备的焊缝，通常要进行多次无损检验，采用的无损检验方法也不止一种。各项检验均应事先编制检验规程，检验完成后按规定要求完成检验报告。

见证件:对于核安全设备中一些重要部件的焊缝,如:核1、2、3级主设备的焊缝；管子与管板的焊缝等还应按所用规X的要求设置见证件，用来模拟实际产品焊缝的施焊条件，进行破坏性检验以鉴定与产品的符合性。

三、核安全设备现行规X标准对焊接的技术要求

（一）ASME规X

ASME规X对核安全设备制造安装活动中焊接技术的要求包括四大部分：

1. 焊接通用要求

第Ⅸ卷焊接及钎焊评定主要对锅炉及压力容器的焊接工艺评定、焊工技能评定及焊接资料（焊接工艺规程制订和格式、焊接工艺评定记录和格式）三方面进行了规定，属于通用性要求。第Ⅱ卷C篇焊条、焊丝及填充金属与之配套。

2. 材料要求

ASME第Ⅸ卷《焊接和钎接评定》对焊接工艺评定的母材进行了分组，目的是减少焊接工艺评定的数量。

3. 核电特殊要求

第Ⅲ卷各分卷（NB、NC、ND等）中2400、3350、4000及5000章规定了各类核安全设备的材料、设计、制造和检验等方面的要求。其中：

3350章把各类接头分为A、B、C和D类，不同的焊接接头应符合

相应的制造和检验要求。

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●4000章主要针对制造过程中的成形、装配和对中、焊接评定、施

焊要求、检验和补焊的规则、热处理等进行规定。

●5000章主要是检验的通用要求，对焊缝的检验及检验标准等做了

规定。

4. 材料理化检验方法

ASME规X中材料理化检验方法的依据标准为美国材料与试验学会的标准。

5. 设备的功能性试验

ASME规X中设备的功能性试验依据美国国家标准，如阀门的结构和功能试验要求依据ANSI 16.34、16.41等，管件制品试验依据ANSI 16.9等。

(二) 法国RCC-M规X

RCC-M规则对核安全设备制造安装活动中焊接技术的要求包括两部分。RCC-M第一卷的第二册B、C、D篇对核安全1、2、3级设备在设计、制造和检验方面做了一些规定。3350章焊接结构的设计、4000章制造及检验，其中4400章焊接及其技术，主要援引S7000一章。

S篇主要针对压水堆核岛机械设备在焊接生产中的焊接填充材料验收及评定、焊接工艺评定、焊工和焊接操作工的考核、制造车间的技术评定、核岛机械设备焊接要求、检验项目、检验方法及标准等进行了规定，S7000专门规定了焊接全过程的控制，包括坡口制备、对口组装、坡口的检验、定位焊的实施、焊接过程、焊缝焊后加工、焊缝检验和热处理等相关工序。

（三）俄罗斯规X

俄罗斯核电标准中用于核安全设备制造安装活动中焊接技术的标准主要有：

1、焊工考核方面：

ПНАЗГ-7-003-89《核电厂设备和管道焊工考核规则》；

РД 34.15.013-89《苏联国家核动力监督局监督的核能站安全壳和安全隔离系统厂房密封衬里焊工培训标准》

2、焊接工艺评定及焊接接头验收准则方面：

ПНАЗГ-7-010-89《核动力装置设备及管道焊接接头和堆焊检验规程》

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3、焊接过程控制方面：

ПНАЗГ-7-008-89《核动力装置的设置和设备及管道的安全运行规程》ПНАЗГ-7-009-89 《核动力装置的设备管道焊接和堆焊的基本规则》ПНАЗГ-10-31-92《核电站安全隔离系统部件焊接基本规则》

ПНАЗГ-10-32-92《核电站安全隔离系统部件焊接监测规则》

РТД 2730.300.02-91《核设备和管道10ГН2МФА，10ГН2МФАЛ,15Х

2НМФА,和15Х2НМФА-А牌号钢制零件焊接，堆焊的焊接接头热处理》

第二节《民用核安全设备焊工焊接操作工资格管理规定》焊接活动的一个重要特点就是焊工、焊接操作工的技能和素养对产品的质量有着决定性的影响。焊工、焊接操作工缺乏培训、经验不足、敬业精神不够、责任心不强，都有可能导致产品质量出现问题，造成严重损失。

与驾驶车辆一样，焊工、焊接操作工的技能和安全素养来自于一定时间的练习和实线经验的积累。因此，在各个工业规X体系中，焊工考核都占有重要的地位。目前国内各行业都采用专业技术资格考核的方式对焊工进行管理。

核能工业由于其巨大的社会和资金风险，十分注意核安全设备活动的过程控制。对于焊接工作，核安全设备活动不仅要求对焊接产品进行检验，还要求对整个焊接过程进行控制。

鉴于焊接在民用核安全设备制造和安装过程中的重要性和特殊性，从事民用核安全设备焊接活动的焊工除应具备常规的焊接理论知识和操作技能外，还应具备核电基本知识、核安全质量保证、核电规X标准及核安全设备焊接特点等方面的知识，以及较高的核安全素养。

为此，国家核安全局于1995年发布了《民用核承压设备焊工培训、考核和取证管理办法》（以下简称“管理办法”）。实践表明，对核安全设备的焊工实施许可和监督管理，保障了核安全设备焊工和焊接操作工的焊接质量，但该管理办法实施至今已近十几年了，与目前国内外同类标准存在着一定差距，其中一些内

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容已经不再适用当前核安全设备焊工的许可和监督管理。因此，依据《民用核安全设备监督管理条例》，由国家核安全局组织重新编制了《民用核安全设备焊工焊接操作工资格管理规定》（以下简称“HAF603”），于2008年1月1日开始实施。

HAF603的编制在总结核工业、机械工业和电力行业执行原HAF603的反馈经验的基础上，参考了欧洲标准《焊工考试-熔化焊-第一部分：钢》EN287-1（2004版）（以下简称“EN287-1”）、RCC-M S册（2000版）、ASME Ⅸ卷《焊接及钎焊评定》(2001版)（以下简称“ASME Ⅸ卷”）及我国《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》（02版，以下简称容规）等技术标准，同时考虑了我国当前核安全设备安全监管的需要。

HAF603正文主要侧重管理方面，包括总则；机构和职责；考试内容和方法；考试结果评定、证书颁发与管理；监督检查；法律责任；附则等；HAF603的三个附件是技术方面内容，包括焊工操作技能考试要求、考试试件的检验要求、核电特殊情况举例等。

在管理方面：

●HAF603规定由国家核安全局统一对民用核安全设备焊工实施许可和监

督管理，负责核准颁发民用核安全设备焊工XX书；

●将理论知识考试分为基础理论和专项理论两部分，其中基础理论知识考

试由国家核安全局组织实施；

●国家核安全局选定民用核安全设备焊工焊接操作工考核中心（以下简称

“考核中心”）负责焊工专项理论考试和操作技能考试（以下简称“焊

工考试”）。

此外，HAF603还对考核中心应具备的条件、焊工报考条件、申报要求、焊工考试试件的制备和焊接要求、焊工资格有效期限和延期条件、XX书的持有条件、焊工考试活动的监督、境外焊工的核准及法律责任等诸多内容进行了规定。

在焊工操作技能考试方面：

●HAF603附件1围绕焊工考试规定了一系列影响焊工操作技能考试有效性

的变素，并就这些变素规定了考试项目代号的编写原则和替代规则。为

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